近日，浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)(tong)工程與食(shi)品科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員(yuan)在國際(ji)食品期刊《Food Chemistry》(中科(ke)院一區(qū)，IF=9.8)發(fā)表了(le)題為"Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix"的研(yan)究論文(wen)。在該論文(wen)中，研究人員(yuan)利用上海騰(teng)拔Universal TA國(guo)產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定山藥(yao)的應(yīng)(ying)力松弛行為。

關(guān)于waxiness評(píng)估及(ji)其潛在(zai)形成機(jī)制的(de)研究仍然有(you)限。在本(ben)研究中，我們(men)通過整(zheng)合感官評(píng)(ping)價(jià)和儀(yi)器分析，建(jian)立了一種評(píng)(ping)估山藥waxiness的綜合(he)方法(fa)。通過將waxiness評(píng)估解(jie)構(gòu)為(wei)咀嚼和(he)吞咽階段，采(cai)用應(yīng)力松弛和(he)流變學(xué)測試(shi)來表征這些階(jie)段。系統(tǒng)(tong)地利(li)用平衡模(mo)量（E0）、粘(zhan)度系數(shù)（η1）、稠(chou)度系數(shù)（K*）和損耗(hao)模量（G''）等關(guān)(guan)鍵參數(shù)(shu)，以準(zhǔn)確評(píng)估(gu)山藥的waxiness。我們對(duì)(dui)waxiness形成機(jī)(ji)制的研究表(biao)明，長淀粉鏈（24 < X < 100 和(he) 5000 < X < 20,000）增強(qiáng)了結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)(dao)致 η1 和(he) G'' 增加。這些鏈整(zheng)合到淀(dian)粉顆粒的結(jié)(jie)晶區(qū)和無定(ding)形區(qū)，從而改(gai)善了凝膠的(de)穩(wěn)定性、彈(dan)性和粘度，最(zui)終增(zeng)強(qiáng)了山(shan)藥的waxiness。相反，短(duan)支鏈淀粉通(tong)過增加淀粉(fen)凝膠(jiao)的 E0 降低(di)了waxiness強(qiáng)度。

根據(jù)先前的(de)研究(jiu)，使用質(zhì)構(gòu)(gou)分析儀（Universal TA，上海騰拔儀器(qi)科技有限公(gong)司）進(jìn)行應(yīng)力(li)松弛測試。該測(ce)試測量了材(cai)料在恒定應(yīng)(ying)變下隨時(shí)間的(de)應(yīng)力響應(yīng)(ying)，旨在(zai)通過評(píng)估其粘(zhan)彈性質(zhì)，建立一(yi)種評(píng)估(gu)固體山藥塊莖(jing)waxiness的方法。將山(shan)藥樣品(pin)加工成高度為(wei) 15mm、直徑為 22 mm 的圓柱(zhu)體，并在過量(liang)純水(shui)中煮(zhu)沸 35 分鐘(zhong)。待樣品冷卻(que)至 40°C 時(shí)進(jìn)行(xing)測量。使用(yong) P36R 探頭測試山藥(yao)的應(yīng)力松(song)弛，獲取應(yīng)力(li)松弛數(shù)據(jù)(ju)。探頭以 1 mm/s 的(de)速度壓(ya)縮樣品 4.5 mm，并在(zai)恒定應(yīng)變下(xia)保持 120 秒(miao)以使(shi)應(yīng)力平衡。廣義(yi)麥克斯韋(wei)模型廣泛用于(yu)分析(xi)粘彈性(xing)材料的應(yīng)力松(song)弛行為。該模型(xing)由多(duo)個(gè)與(yu)自由彈簧并(bing)聯(lián)的麥克(ke)斯韋單(dan)元組成，其中每(mei)個(gè)麥克斯(si)韋單元(yuan)由一個(gè)彈(dan)簧和(he)一個(gè)阻尼器(qi)串聯(lián)構(gòu)成。壓(ya)縮過程中，完整(zheng)樣品的壓縮區(qū)(qu)域在載荷下會(huì)(hui)出現(xiàn)(xian)變化，這有助(zhu)于獲取(qu)力 - 時(shí)間(jian)曲線以分析(xi)應(yīng)力松(song)弛行為。隨(sui)后，將松(song)弛階段觀察到(dao)的力 - 時(shí)(shi)間關(guān)系擬(ni)合至(zhi)廣義麥克(ke)斯韋模型(xing)的修正版(ban)本（公式 2、3）。

其中(zhong) σ(t) 為給定(ding)時(shí)間(jian)的應(yīng)力（Pa），D0 為恒定(ding)應(yīng)變（mm），E0 表示平(ping)衡彈性(xing)模量(liang)，Ei 為理想彈性元(yuan)件的彈(dan)性模量，n 為麥(mai)克斯韋單元的(de)數(shù)量(liang)，t 表示第 i 個(gè)麥克(ke)斯韋單(dan)元的弛豫時(shí)(shi)間，Ti 為各衰減(jian)過程的時(shí)(shi)間常數(shù)(shu)，ηi 為元件 i 的黏(nian)度。

為了預(yù)(yu)測咀嚼(jue)時(shí)的waxiness，我們(men)利用廣(guang)義麥克斯韋模(mo)型（圖(tu) 2）分析(xi)了山(shan)藥的(de)動(dòng)態(tài)應(yīng)力松(song)弛行為，該模(mo)型常用于(yu)表征粘彈性(xing)材料的(de)應(yīng)力松弛特性(xing)。研究中采用(yong)單項(xiàng)和兩項(xiàng)(xiang)麥克斯(si)韋模型來確(que)定應(yīng)力松弛(chi)行為，這兩(liang)種模型均(jun)可較好地(di)描述熟制山(shan)藥的粘彈(dan)性質(zhì)。數(shù)據(jù)擬(ni)合結(jié)果顯(xian)示，單項(xiàng)模型(xing)的 R2 值范圍(wei)為 0.9045 至 0.9449，平均(jun)殘差(cha)偏差（MRD）為 2.23%–20.13%（表 S6）。然(ran)而，單項(xiàng)(xiang)模型(xing)在 CJ、BZ 和 AS 樣品(pin)中未能收斂。相(xiang)比之下，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋(wei)模型的(de) R2 值更高，范(fan)圍為 0.9918 至(zhi) 0.9986，且 MRD 值更低（0.51%–4.23%）。這些(xie)結(jié)果表(biao)明，兩項(xiàng)麥(mai)克斯韋(wei)模型能夠(gou)更準(zhǔn)確(que)地?cái)M合熟制山(shan)藥的(de)應(yīng)力松弛行(xing)為。

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麥克(ke)斯韋模型的擬(ni)合曲線(xian)如圖(tu) 2a 所示(shi)。兩項(xiàng)麥克(ke)斯韋模(mo)型的 E0、Ei、Ti 和 η1 參(can)數(shù)見表 S7。E0 反(fan)映了材料在(zai)持續(xù)(xu)加載時(shí)的剛度(du)或彈性響(xiang)應(yīng)。在粘彈(dan)性材料中，E0 通常(chang)與材(cai)料的時(shí)間依賴(lai)性行為相關(guān)(guan)。在所有測(ce)試的山藥樣(yang)品中，E0 呈現(xiàn)(xian)梯度(du)分布，從 WN 樣品(pin)的 382.51 Nm?1 到 XY 樣(yang)品的 3978.77 Nm?1 不等(deng)。XY 山藥(yao)的 E0 值最高，表明(ming)其在(zai)長期應(yīng)力下的(de)變形最(zui)小，剛度更大。相(xiang)比之(zhi)下，WN 山藥的 E0 值(zhi)zui低，表明該山(shan)藥品種的(de)松弛(chi)過程更(geng)明顯(xian)，柔韌性更高且(qie)質(zhì)地更柔軟(ruan)。在麥克斯韋模(mo)型中，每個(gè)單元(yuan)由代表彈(dan)性模量（Ei）的(de)彈簧和代(dai)表黏度(du)系數(shù)（ηi）的阻尼(ni)器組成，且這(zhe)些彈簧呈串聯(lián)(lian)排列。E1 和 E2 捕捉(zhuo)了不同(tong)時(shí)間尺度(du)下的彈性響應(yīng)(ying)，反映了材料在(zai)初始應(yīng)力和長(zhang)期應(yīng)力下的(de)松弛行為。值得(de)注意的是，在waxinesszui強(qiáng)的 WN 樣(yang)品中，E2 高于 E1，這(zhe)表明(ming)即使在初始快(kuai)速變形后，熟制(zhi)山藥仍保(bao)留了(le)顯著(zhu)的彈性恢復(fù)(fu)能力(li)。這些結(jié)果表(biao)明，WN 山(shan)藥在(zai)長期應(yīng)力下(xia)會(huì)發(fā)生明顯的(de)塑性變形(xing)。有趣的(de)是，隨著waxiness屬性強(qiáng)度的(de)降低，這一現(xiàn)(xian)象變得不那么(me)明顯。黏度系(xi)數(shù) η1 和 η2 代表(biao)材料對(duì)變(bian)形的阻力(li)，每個(gè)阻尼(ni)器捕捉黏性行(xing)為的不(bu)同方面。η1 隨(sui)著waxiness屬性的增強(qiáng)而(er)增加，導(dǎo)(dao)致初始變形更(geng)慢，表明(ming)材料(liao)的黏性阻力(li)更大。

參考(kao)文獻(xiàn)：Ye?Li et al. Cross-scale assessment of yam waxiness attribute from stress relaxation and fluid mechanics: A distinctive mouthfeel derived from starch matrix. Food Chemistry, 2025。